早三疊世錯(cuò)時(shí)相沉積構(gòu)造及其生態(tài)意義華南早三疊世錯(cuò)時(shí)相沉積及其對(duì)復(fù)蘇期生態(tài)系的啟示

早三疊世錯(cuò)時(shí)相沉積構(gòu)造及其生態(tài)意義華南早三疊世錯(cuò)時(shí)相沉積及其對(duì)復(fù)蘇期生態(tài)系的啟示

2.2次充分的滅絕是后生物化學(xué)史上最艱難的滅絕。水生植物科的減少率為49%，物種級(jí)的消失率為80%90%。生態(tài)緩慢。此外，在2次充分的分裂之后，生物恢復(fù)也是最長(zhǎng)的一次，直到2月。這種生態(tài)危機(jī)在整個(gè)三疊紀(jì)之前占領(lǐng)了一位富人。在生態(tài)系遭受二疊紀(jì)末大滅絕事件重創(chuàng)的同時(shí),沉積體系也發(fā)生了劇變,導(dǎo)致全球早三疊世出現(xiàn)“礁缺失”[10~12],“層狀硅質(zhì)巖缺失”,“煤缺失”等獨(dú)特現(xiàn)象.在淺海環(huán)境中,相應(yīng)的變化表現(xiàn)為大量特殊沉積構(gòu)造在早三疊世地層中出現(xiàn),如扁平礫石礫巖[15~17]、蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r、潮下皺紋構(gòu)造、微生物巖[17,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]、海底碳酸鹽膠結(jié)巖扇和泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r等.這些沉積特征在寒武紀(jì)及更早的前寒武紀(jì)海洋環(huán)境中廣泛存在,卻從奧陶紀(jì)后生動(dòng)物大發(fā)展之后的淺海環(huán)境中消失,退縮到少量缺乏后生動(dòng)物的高壓力環(huán)境中,如瀉湖等.因此,有人認(rèn)為這些沉積構(gòu)造在奧陶紀(jì)之后的正常淺海環(huán)境中出現(xiàn)為非正常沉積,故被稱(chēng)為錯(cuò)時(shí)相(anachronisticfacies)沉積.本文通過(guò)對(duì)早三疊世華南特殊沉積構(gòu)造——錯(cuò)時(shí)相的綜合研究,探索生物復(fù)蘇期這類(lèi)“非正?！背练e與海洋環(huán)境狀況之間的因果關(guān)系.1早三疊世地質(zhì)背景及沉積環(huán)境華南板塊包括揚(yáng)子地臺(tái)和華南褶皺帶.北以秦嶺-大別造山帶為界與華北板塊接壤[36~38],西北以松潘-甘孜褶皺系與巴顏喀拉三疊紀(jì)復(fù)理石盆地相接西南部沿哀牢山-宋瑪斷裂分別與暹羅-西布板塊、印度支那板塊相鄰(圖1).早三疊世,華南位于低緯度的東特提斯地區(qū)大部分為淺海環(huán)境,形成了泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r與泥巖的沉積建造,同時(shí)在一些淺海臺(tái)地上形成了以碳酸鹽為主的沉積.廣泛出露連續(xù)的二疊紀(jì)、三疊紀(jì)海相沉積,使得華南具有研究海相二疊系-三疊系界線、早三疊世地質(zhì)及古生代-中生代地質(zhì)突變事件的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)條件.錯(cuò)時(shí)相特殊沉積構(gòu)造在華南許多地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)分布于下三疊統(tǒng)底部至頂部,乃至中三疊統(tǒng)底部的不同層位中,而且囊括了全球已報(bào)道的大多數(shù)特殊沉積和沉積構(gòu)造類(lèi)型,為研究華南早三疊世的沉積環(huán)境及其與生態(tài)系演變之間的關(guān)系提供了契機(jī).2中、下推動(dòng)區(qū)域研究考慮到構(gòu)造背景和地層分區(qū)的不同,本文分4個(gè)地區(qū)對(duì)華南早三疊世錯(cuò)時(shí)相的時(shí)空分布分別進(jìn)行歸納,即包括安徽南部、江蘇南部、浙江西北部和江西東北部在內(nèi)的下?lián)P子地區(qū);包括湖北、江西西北部、湖南北部及重慶東部的中揚(yáng)子地區(qū);包括重慶大部、四川、貴州及云南東部的上揚(yáng)子地區(qū);以及包括廣西大部、貴州南部的右江地區(qū)(圖1).2.1殷坑組的海相下?lián)P子地區(qū)的下三疊統(tǒng)為一套碳酸鹽緩坡相沉積序列,巖石地層自下而上分為殷坑組、和龍山組和南陵湖組.二疊系-三疊系界線位于殷坑組近底部,印度階-奧倫尼克階的界線位于殷坑組的中部(圖2).扁平礫石礫巖產(chǎn)于殷坑組的中上部、和龍山組中部及南陵湖組的下部、頂部;蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r產(chǎn)于和龍山組中部及南陵湖組;微生物巖出現(xiàn)在緊鄰二疊系、三疊系界線之上的層位及殷坑組上部;薄層灰?guī)r極為普遍,出露于殷坑組中下部至南陵湖組上部的多個(gè)層位中;條帶灰?guī)r僅分布在殷坑組頂部和和龍山組中(圖2).2.2生物和礦物界早三疊世,中揚(yáng)子地區(qū)經(jīng)歷了一次海侵-海退旋回,沉積了陸棚至臺(tái)地相碳酸鹽巖夾碎屑巖建造.巖石地層單位包括大冶組和嘉陵江組.二疊系-三疊系界線位于大冶組近底部,印度階-奧倫尼克階的界線位于大冶組下部(圖2).扁平礫石礫巖通常產(chǎn)于大冶組的中上部;蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r產(chǎn)于大冶組中部、上部和嘉陵江組中下部;微生物巖僅在緊鄰二疊系-三疊系界線之上的層位和大冶組頂部被發(fā)現(xiàn);薄層泥晶灰?guī)r產(chǎn)于大冶組的中上部和嘉陵江組中部;條帶狀灰?guī)r分布于大冶組下部和嘉陵江組中部(圖2).2.3疊紀(jì)-三疊系、印度階-奧倫尼克階地層上揚(yáng)子地區(qū)早三疊世經(jīng)歷了一次海侵過(guò)程,接受臺(tái)地至陸棚相的碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖混合沉積.下三疊統(tǒng)巖石地層垂向上分為飛仙關(guān)組(大冶組)和嘉陵江組,二疊系-三疊系界線位于飛仙關(guān)組(或大冶組)近底部,印度階-奧倫尼克階的界線位于飛仙關(guān)組(或大冶組)下部(圖2).扁平礫石礫巖通常產(chǎn)于飛仙關(guān)組的中上部和嘉陵江組下部;蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r廣泛出露于飛仙關(guān)組中部至嘉陵江組中部的地層中;微生物巖出現(xiàn)在緊鄰P/T之上的層位和嘉陵江組中上部[25,26,27,28,50,52,53];薄層泥晶灰?guī)r出現(xiàn)在飛仙關(guān)組中部、上部和嘉陵江組中部;條帶狀灰?guī)r分布于飛仙關(guān)組上部(圖2).2.4碳酸鹽巖包括貴州南部和廣西大部.錯(cuò)時(shí)相常分布在右江(南盤(pán)江)盆地中孤立的臺(tái)地及其周緣地區(qū).早三疊世時(shí),右江盆地位于大型淺海碳酸鹽陸棚相的揚(yáng)子地臺(tái)南緣,盆地中分布著一些被鮞灘、臺(tái)地邊緣斜坡所包繞的孤立碳酸鹽巖臺(tái)地.臺(tái)地邊緣區(qū)的巖石地層自下而上分為羅樓組、紫云組,二疊系與三疊系地層整合接觸,兩者界線位于羅樓組近底部,印度階-奧倫尼克階的界線位于羅樓組中下部(圖2).扁平礫石礫巖產(chǎn)于羅樓組的中部和紫云組中部;微生物巖除在二疊系-三疊系界線處地層中出現(xiàn)外,在二疊系-三疊系界線附近直到紫云組許多層位中都有發(fā)現(xiàn);薄層泥晶灰?guī)r出現(xiàn)在羅樓組下部、羅樓組與紫云組界線附近及紫云組上部;條帶狀灰?guī)r幾乎分布于整個(gè)下三疊統(tǒng)中(圖2).值得注意的是,微生物巖和條帶狀灰?guī)r在該區(qū)域內(nèi)最為豐富,且延續(xù)時(shí)間長(zhǎng).3三疊紀(jì)統(tǒng)一階段的錯(cuò)誤時(shí)間在華南下三疊統(tǒng)錯(cuò)時(shí)相特殊沉積物中,最為發(fā)育且最具特色的是蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r,但皺紋構(gòu)造和海底碳酸鹽膠結(jié)巖扇在華南下三疊統(tǒng)中至今未有報(bào)道.3.1成巖時(shí)代和沉積相扁平礫石礫巖由板片狀的泥晶灰?guī)r碎屑和灰泥基質(zhì)組成.通常情況下,野外露頭上礫石長(zhǎng)短軸的比值大于3:1,礫屑含量大于60%,灰泥膠結(jié),分選較差.單個(gè)礫石呈棱角、次棱角狀,總體呈疊瓦狀、串珠狀、放射狀和不規(guī)則狀分布(圖3(a)).礫巖層與上下地層界面截然.薄片中,扁平礫石也表現(xiàn)出扁平狀特征,礫石有一定磨圓,被粗粒的含少量生物屑和內(nèi)碎屑的基質(zhì)所包圍,但礫石內(nèi)部缺乏化石.值得注意的是,碎屑不顯示任何定向而碎屑邊緣常具有一定磨圓.在潮下低能環(huán)境中,處于早期成巖階段尚未固結(jié)的薄層灰泥,在風(fēng)暴或重力流作用下被撕裂而后以微晶灰?guī)r礫屑的形式重新沉積成巖,便形成了扁平礫石礫巖.扁平礫石礫巖在前寒武紀(jì)、寒武紀(jì)和早奧陶世地層中較為豐富,但在隨后的正常淺海環(huán)境中卻極少出現(xiàn),是特定地質(zhì)歷史階段沉積作用所留下的特殊記錄,故Sepkoski等提出扁平礫石礫巖在奧陶紀(jì)之后的正常淺海環(huán)境中出現(xiàn)為錯(cuò)時(shí)相沉積.Sepkoski,Wignall和Twitchett通過(guò)對(duì)扁平礫石礫巖的成因研究提出:二疊紀(jì)末大滅絕后,早三疊世的海洋生態(tài)系倒退至奧陶紀(jì)生物大輻射之前的狀況,海洋中生物擾動(dòng)水平低,但海底膠結(jié)作用廣泛這種海洋環(huán)境是當(dāng)時(shí)大洋海水翻轉(zhuǎn)誘發(fā)的全球性大洋缺氧事件的結(jié)果.深層碳酸鹽過(guò)飽和的缺氧海水間歇性的上翻和厭氧細(xì)菌降解作用造成的堿度提高,大大促進(jìn)了同沉積海底膠結(jié)作用的發(fā)生.這種廣泛的同沉積海底膠結(jié)和弱的生物擾動(dòng)有利于原始沉積成層特點(diǎn)的保存,最終促成了扁平礫石礫巖的形成.3.2構(gòu)造基因特征蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r是華南下三疊統(tǒng)中最為常見(jiàn)的特殊沉積構(gòu)造,因巖石內(nèi)部具大量形似蠕蟲(chóng)的個(gè)體而得名.由深色的蠕體和淺色的基質(zhì)組成,蠕體中方解石的結(jié)晶程度稍高于基質(zhì)中方解石的結(jié)晶程度,但蠕體與基質(zhì)的主要成分差別不大,僅基質(zhì)中黏土質(zhì)含量相對(duì)較高.至今,蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r僅在華南下三疊統(tǒng)中被報(bào)道因此本文將在下節(jié)中以長(zhǎng)江三峽地區(qū)的下三疊統(tǒng)蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r為例,進(jìn)行重點(diǎn)剖析,以獲得更多的了解和啟示.3.3深水0下三疊紀(jì)-三疊紀(jì)微生物巖華南下三疊統(tǒng)中的微生物巖具有多種類(lèi)型,如疊層石、核形石、凝塊石[15,23,25,26,27,28,29,30,31,40,41,50,53]、微生物灰泥丘及具鈣質(zhì)微生物構(gòu)造的微生物層和微生物礁[23,47,48].產(chǎn)于淺水碳酸鹽臺(tái)地相二疊系-三疊系界線處的微生物巖,野外風(fēng)化露頭呈點(diǎn)狀、樹(shù)枝狀或?qū)訝?圖3(h)).近年來(lái),對(duì)二疊系-三疊系界線處的微生物巖有了較多的研究[25,26,27,28,29,30,31,50],但下三疊統(tǒng)其他層位中的層狀微生物巖(包括疊層石)研究較少.微生物巖被認(rèn)為是一些以藍(lán)細(xì)菌為主導(dǎo)的底棲微生物群落,在缺乏后生動(dòng)物的捕食和擾動(dòng)條件下的生物-沉積建造.二疊紀(jì)末的后生動(dòng)物大滅絕被認(rèn)為是形成二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交這種環(huán)境狀況的原因,也正是這種環(huán)境導(dǎo)致了微生物巖再現(xiàn)于正常淺海相.微生物巖一直延續(xù)至早三疊世晚期,這或多或少與二疊紀(jì)末大滅絕后的遲滯復(fù)蘇有關(guān).3.4帶火山巖巖石成因薄層灰?guī)r在華南早三疊世地層中相當(dāng)發(fā)育,這種薄層灰?guī)r與通常意義的薄層灰?guī)r不同之處在于:泥晶灰?guī)r內(nèi)部缺乏垂向生物擾動(dòng)且很少存在生物化石,而層面上具有不同程度的水平擾動(dòng)和小型的或薄殼型的災(zāi)難生物化石(圖3(f)).本文中的條帶灰?guī)r是指泥晶灰?guī)r與鈣質(zhì)泥巖或鈣質(zhì)粉砂巖(<5cm)互層的巖相類(lèi)型.其特殊性在于泥晶灰?guī)r中缺乏生物擾動(dòng)、幾乎不含生物化石和碳酸鹽巖與硅質(zhì)碎屑巖頻繁互層(圖3(g)).薄層泥晶灰?guī)r及條帶灰?guī)r的形成環(huán)境背景和成巖保存條件與前文提到的扁平礫石的成因有相似性.不過(guò),有兩點(diǎn)值得注意:(1)垂直擾動(dòng)缺乏而水平遺跡豐富表明底棲移動(dòng)生活方式較底棲固著或底內(nèi)生活方式更能適應(yīng)早三疊世的海洋底層環(huán)境,指示當(dāng)時(shí)淺海底層可能處于貧氧的生態(tài)條件.(2)條帶灰?guī)r中碳酸鹽巖與碎屑巖密集互層可能源于當(dāng)時(shí)海洋環(huán)境的強(qiáng)烈不穩(wěn)定性,這種不穩(wěn)定反映了當(dāng)時(shí)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境調(diào)配緩沖功能的喪失,包括陸源區(qū)植被匱乏導(dǎo)致風(fēng)化作用對(duì)氣候周期性變化的敏感性,海洋生態(tài)系統(tǒng)功能失調(diào)導(dǎo)致沉積作用的無(wú)緩沖被動(dòng)性等.4兩組類(lèi)型構(gòu)造及內(nèi)容三峽地區(qū)早三疊世地層出露廣泛,巖石地層分為大冶組和嘉陵江組,兩者各自又分為4段,蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r主要分布于大冶組三段、四段和嘉陵江組二段中(圖4).根據(jù)蠕體的形態(tài),可將蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r分為4種類(lèi)型(圖4):一類(lèi)是層狀或似層狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r(圖4(a)),蠕體平行層面呈連續(xù)層狀或斷續(xù)似層狀產(chǎn)出,單個(gè)蠕體層厚2~6mm,蠕體與基質(zhì)的比例為1:1~1:4(圖3(b)),蠕體層橫向上變化不明顯或漸變,少量構(gòu)成小型斜層理的細(xì)層;二類(lèi)是不規(guī)則粒狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r(圖4(b)),蠕體呈不規(guī)則的芝麻點(diǎn)狀、豆粒狀或小云朵狀等,大小各異(粒徑1~10mm),排列雜亂(圖3(c)),蠕體與基質(zhì)呈漸變接觸;三類(lèi)是變形柱狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r(圖4(c)),蠕體呈較規(guī)則的短柱狀、管狀,垂直或斜交層面(圖3(d)),與基質(zhì)界線較為清楚,三類(lèi)中的蠕體有時(shí)穿切其他類(lèi)型蠕體;四類(lèi)是橢球狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r(圖4(d)),蠕體呈規(guī)則的橢球-球狀,大小2mm×2mm~10mm×15mm,長(zhǎng)軸多平行層面(圖3(e)),總體呈透鏡狀或條帶狀產(chǎn)出.在三峽地區(qū),一類(lèi)、二類(lèi)蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r最為常見(jiàn)三類(lèi)次之,四類(lèi)較少.一類(lèi)主要分布在大冶組三段少量分布在嘉陵江組二段,與泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r及鈣質(zhì)泥巖等共生.二類(lèi)在大冶組二段和嘉陵江組二段中均有分布,與泥晶灰?guī)r、條帶灰?guī)r共生三類(lèi)、四類(lèi)分布在嘉陵江組二段中上部,與泥晶灰?guī)r、條帶灰?guī)r共生.不同類(lèi)型蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r存在特定的組合關(guān)系:一類(lèi)常單獨(dú)出現(xiàn)或與二類(lèi)相伴出現(xiàn);二類(lèi)單獨(dú)出現(xiàn)或與一類(lèi)、三類(lèi)相伴出現(xiàn);三類(lèi)多與二類(lèi)、四類(lèi)相伴出現(xiàn);四類(lèi)只與三類(lèi)相伴出現(xiàn).總體看來(lái),從下而上一類(lèi)減少至消失,二類(lèi)變化不明顯,三、四類(lèi)迅速增加并成為下三疊統(tǒng)上部層位中蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r的主導(dǎo)類(lèi)型.蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r的成因極其復(fù)雜,不同類(lèi)型明顯有著不同的成因條件.層狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r為化學(xué)成因,源于相對(duì)低能條件下的成巖分異.似層狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r由層狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r經(jīng)差異壓實(shí)作用和壓溶作用改造而成,具化學(xué)和機(jī)械成因.粒狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r可能是由化學(xué)凝聚或微生物凝聚作用形成.橢球狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r為介于層狀蠕體灰?guī)r與扁平礫石之間的過(guò)渡類(lèi)型,是層狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r經(jīng)較強(qiáng)烈的波浪、水流作用或底沖刷改造的結(jié)果,具機(jī)械與化學(xué)成因.這三類(lèi)的根本成因基本一致,是在經(jīng)歷了二疊紀(jì)末大滅絕的古生代-中生代突變時(shí)期,廣泛的海底膠結(jié)和弱的生物擾動(dòng)環(huán)境下形成的特殊產(chǎn)物,是原始沉積成層特點(diǎn)在特定條件下得以保存的體現(xiàn).柱狀蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r中蠕體為生物潛管和擾動(dòng)斑點(diǎn),具生物成因,該類(lèi)蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r的出現(xiàn)標(biāo)志著底棲生物群落及其活動(dòng)能力的加強(qiáng)和底層環(huán)境的顯著改善.5特殊沉積期巖、微生物巖研究扁平礫石礫巖、蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r、微生物巖等特殊沉積構(gòu)造及薄層灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r等特殊沉積相,在華南下三疊統(tǒng)中分布廣泛,其中扁平礫石礫巖、蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r、微生物巖引起了眾多的關(guān)注,對(duì)其成因機(jī)制也探討已久,不過(guò)前人的研究主要集中于其形成的動(dòng)力機(jī)制,而忽視了其與古生代生態(tài)系向中生代生態(tài)系轉(zhuǎn)變這種特殊地質(zhì)背景間的緊密聯(lián)系.直到最近,隨著不同類(lèi)型的特殊沉積及相關(guān)構(gòu)造在全球早三疊世中發(fā)現(xiàn)與進(jìn)一步研究,才逐漸意識(shí)到這些特殊沉積的起源與古生代-中生代地質(zhì)突變期的特殊海洋環(huán)境狀況及二疊紀(jì)末大滅絕事件后特殊的生態(tài)系狀況相關(guān).5.1早三疊世內(nèi)生動(dòng)物和生境二疊紀(jì)末的大滅絕事件使古生代生態(tài)系遭受重創(chuàng),早三疊世生態(tài)系被少量幸存物種和一些災(zāi)難分子所占據(jù),生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)驟然下降而呈非正常的生態(tài)松弛面貌.低分異度的生物群落在中三疊世之前一直未能恢復(fù)到滅絕前的分異水平,相應(yīng)地,遺跡化石分異度和底棲內(nèi)生動(dòng)物的鉆進(jìn)深度在早三疊世都表現(xiàn)為較低的水平[58~61].缺乏較深的垂向生物擾動(dòng)有利于細(xì)微的原始沉積構(gòu)造的保存.另外,后生動(dòng)物的大量滅絕,導(dǎo)致微生物成為早三疊世生態(tài)系的主宰并呈泛濫之勢(shì),而微生物的新陳代謝有助于同沉積海底膠結(jié)作用和石化作用.所以,早三疊世后生生物的減少和垂向擾動(dòng)能力的降低可能是扁平礫石礫巖、微生物巖、薄層灰?guī)r和條帶灰?guī)r形成的原因.5.2海底膠結(jié)作用和海底生物保護(hù)錯(cuò)時(shí)相特殊沉積廣泛分布于華南及全球其他眾多地方的下三疊統(tǒng)中,對(duì)我們了解二疊紀(jì)末大滅絕后的海洋環(huán)境有重要的啟示.(1)扁平礫石礫巖、蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r、薄層灰?guī)r及條帶灰?guī)r之間的共同之處在于原始沉積的成層特點(diǎn)保存完好,除了底棲后生動(dòng)物減少和垂向擾動(dòng)降低外同沉積海底膠結(jié)作用是錯(cuò)時(shí)相及相關(guān)沉積構(gòu)造形成的關(guān)鍵.廣泛的海底膠結(jié)作用,可能源于因當(dāng)時(shí)海洋翻轉(zhuǎn)造成的大洋深部碳酸鹽過(guò)飽和的貧氧海水上翻同時(shí)厭氧細(xì)菌降解作用造成海水堿度升高,也大大促進(jìn)了同沉